同治三年二月至五月向天京城发起猛烈的地道攻势，但屡屡受挫，未能建功，原因在于太平军防守严密，将靠近城墙根一带地面完全屏蔽，湘军地道往往离城六七十丈，开挖时有的"为水石所阻"，有的迷失方向，南辕北辙，挖到城根处的又耗时太长，太平军已预为防备。五月三十日湘军攻占地堡城，战局出现转机。凌晨，李臣典完成装药封口、安放引线等准备工作，曾国荃"悬不货之赏，严退后之诛"，"传令即刻发火"，瞬间"城崩二十余丈，砖石飞落如雨，各军为石击伤数十名"，"烟雾塞空，蔽钟山，下半不见"。
臣典等率众从缺口冲入，太平军用火药倾烧，"死者甚众，大队因之稍却"，彭毓橘等砍杀退者数人，"由是弃勇无一退者"。太平军数千人拼死堵御，两军"鏖战三时之久"，太平军溃退。天色将暮时，湘军将天京城外城全部攻占。当夜，李秀成等率千余人着湘军衣饰，护持幼王洪天贵福从太平门城塌之处突围而去，内城也为湘军攻占。至此，作为太平天国都城十一年之久的天京城为湘军攻占，天国覆灭。
曾国荃早在围攻安庆之初，就久存攻取天京之愿。战役开始后，他在战略上坚持围攻天京，吸引太平军主力回援，在进扎雨花台的时机选择、大战后是否退守、增兵合围等问题上与曾国藩及他人的主张并不一致，但均力持己见，取得成效。
从这点来看，战役进程明显受到曾氏兄弟调和不同战略主张的影响，甚至更多地显现出曾国荃的印迹。战术上，曾国荃攻守兼施，指挥湘军在兵单饷绌、瘟疫流染、军器不良等情况下击退太平军围攻，运用地道等战法苦攻城池，最终得以成功。破城后，曾国荃因疲劳过甚，未能及时制定实施全面的善后计划，致使湘军在城内掳掠焚杀，酿成浩劫，但其本人似并未因此获得巨大财富。
曾国荃个人的得力指挥是湘军获胜的重要因素，他在此役中经受严峻考验，最终成功解围，过程虽极艰苦，却也奠定了合围并最终攻破天京的基础。湘军用地道轰塌太平门附近城墙，攻入城内，太平天国覆灭。作为天京之役中湘军陆师的前线指挥，曾国荃孤军悬进天京城下，力主添兵合围，指挥得力，以身作则，对此役的进程和结局产生了重要影响。所以把曾国荃称为太平天国的掘墓人毫不为过！
